1.2343 مقابل 1.2344 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع غالبًا خيارًا بين نوعين مرتبطين من الفولاذ الألماني للأدوات الساخنة عند تحديد القوالب والأدوات: 1.2343 و 1.2344. عادةً ما يتوازن القرار بين القوة الحرارية ومقاومة التآكل مقابل المتانة وقابلية اللحام والتكلفة. تشمل سياقات القرار النموذجية اختيار فولاذ لقوالب التشكيل عند درجات حرارة عالية (حيث تكون الصلابة الحرارية ومقاومة التخمير مهمة) أو للأدوات المعرضة للصدمات الحرارية (حيث تكون المتانة ومقاومة التشقق حاسمة).

التمييز العملي الأساسي هو أن 1.2344 مصمم لتوفير صلابة أعلى قليلاً وقوة حرارية ومقاومة للتآكل، بينما 1.2343 يتنازل قليلاً عن تلك الصلابة الحرارية القصوى من أجل تحسين المتانة وخصائص المعالجة الحرارية والإصلاح الأسهل قليلاً. نظرًا لأن كلاهما من درجات العمل الساخن ذات التسمية الألمانية، غالبًا ما يتم مقارنتهما مباشرة في صب القوالب، والتزوير، والبثق، وتطبيقات العمل الساخن الأخرى.

1. المعايير والتسميات

• EN (الأوروبية): 1.2343 و 1.2344 (التسميات الرقمية الشائعة المستخدمة للفولاذات الساخنة)
• الأسماء التجارية الشائعة/AISI: تتوافق هذه الفولاذات مع عائلة فولاذات الأدوات من سلسلة H؛ يُشار إلى 1.2344 على نطاق واسع باعتباره المعادل H13 في العديد من الكتالوجات الدولية؛ 1.2343 يتوافق مع درجة عمل ساخن مرتبطة ارتباطًا وثيقًا (غالبًا ما يتم مقارنتها بـ H11 في المناقشات).
• معايير أخرى: تقدم JIS وGB وASTM معادلاتها الخاصة أو المعادلات القريبة؛ أشكال المنتجات (البار، اللوح، التزوير، الكتل المعالجة مسبقًا) تتبع مواصفات الموردين.
• التصنيف: كلاهما من فولاذات أدوات العمل الساخن (فولاذات سبائكية قابلة للتصلب/التصلب بالهواء)، وليست فولاذات مقاومة للصدأ، وليست HSLA، وتستخدم حيث تكون القوة عند درجات حرارة مرتفعة ومقاومة التخمير مطلوبة.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

يوضح الجدول التالي نطاقات التركيب النموذجية التي تم الإشارة إليها من قبل معايير المواد والموردين الرئيسيين. تختلف الكيميائيات الفعلية حسب حرارة المصنع والمواصفات؛ اعتبر القيم كنطاقات تمثيلية تستخدم لاختيار استراتيجية السبائك بدلاً من الحد الأدنى/الأقصى المضمون المطلق.

عنصر	1.2343 (نسبة الوزن النموذجية %)	1.2344 (نسبة الوزن النموذجية %)
C	0.32 – 0.40	0.32 – 0.45
Mn	0.30 – 0.60	0.30 – 0.60
Si	0.80 – 1.20	0.80 – 1.20
P	≤ 0.03	≤ 0.03
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	4.00 – 5.00	4.75 – 5.50
Ni	≤ 0.30	≤ 0.30
Mo	0.80 – 1.25	1.10 – 1.75
V	0.70 – 1.00	0.80 – 1.20
Nb	trace	trace
Ti	trace	trace
B	trace	trace
N	trace	trace

كيف تؤثر استراتيجية السبائك على الخصائص: - الكربون: يحدد إمكانيات صلابة المارتنسيت ويساهم في مقاومة التآكل؛ يساعد الكربون العالي في الصلابة ولكنه يقلل من قابلية اللحام والمتانة. - الكروم: يحسن من قابلية التصلب، والصلابة الحمراء (الصلابة الحرارية)، ومقاومة الأكسدة عند درجات حرارة مرتفعة. - الموليبدينوم والفاناديوم: يشكلان كربيدات مستقرة تزيد من التصلب الثانوي، ومقاومة التخمير، ومقاومة التآكل عند درجات حرارة العمل الساخن؛ كما يعززان من قابلية التصلب. - السيليكون والمنغنيز: تعديلات إزالة الأكسدة والقوة؛ تؤثر على سلوك التخمير. - السبائك الدقيقة (Nb، Ti، B): عندما تكون موجودة بكميات ضئيلة يمكن أن تنقي الحبوب، تؤثر على قابلية التصلب، أو تساعد في المتانة؛ غالبًا ما لا تكون موجودة بكميات كبيرة لهذه الفولاذات الكلاسيكية للعمل الساخن.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنية المجهرية النموذجية والاستجابة: - كلا الدرجتين هما فولاذات أدوات مارتنسيتية مع كربيدات سبائكية موزعة (كربيدات غنية بالكروم، الموليبدينوم، والفاناديوم). في الحالة المعالجة بالتبريد، تقدم مصفوفة مارتنسيتية معالجة مع شبكة كربيد. - 1.2344، مع محتواه العام الأعلى من الكروم والموليبدينوم (وأحيانًا كربون أعلى قليلاً)، يظهر قابلية تصلب أكبر ونسبة أعلى من كربيدات السبائك القادرة على تقديم تصلب ثانوي أقوى عند التخمير. وهذا يؤدي إلى صلابة حرارية متفوقة ومقاومة للتليين عند درجات حرارة مرتفعة. - 1.2343 يميل نحو مصفوفة مارتنسيتية معالجة أكثر متانة مع عدد أقل من كربيدات السبائك الصلبة مقارنة بـ 1.2344، مما يمكن أن يترجم إلى مقاومة محسنة لبدء التشقق تحت التعب الحراري.

طرق المعالجة الحرارية وتأثيراتها: - التطبيع: يتم عادةً تطبيع كلا الفولاذين لتنقية الحبوب وتوحيدها قبل التصلب؛ هذا يقلل من التوزيع غير المتساوي ويحسن المتانة. - التبريد: التبريد بالهواء أو الزيت من درجة حرارة الأوستنيتي هو أمر نموذجي؛ يدعم محتوى السبائك الأعلى في 1.2344 التصلب بالهواء مع قابلية تصلب جيدة. تؤثر وسائط التبريد ومعدل التبريد على الأوستنيت المحتفظ به والتشوه. - التخمير: يتم استخدام دورات تخمير متعددة للوصول إلى مارتنسيت مستقر ومعالجة ثانوية. يستفيد 1.2344 أكثر من قمم التصلب الثانوية بسبب كربيدات الموليبدينوم والفاناديوم، مما يوفر مقاومة تخمير متفوقة عند درجات حرارة تخمير أعلى. - المعالجة الحرارية الميكانيكية: يمكن أن يحسن التزوير أو الدرفلة المنضبطة متانة كلا الدرجتين من خلال تنقية الحبوب.

4. الخصائص الميكانيكية

يوفر الجدول التالي نطاقات الخصائص النموذجية للحالات المعالجة بالتبريد والتخمير (تعتمد القيم الفعلية بشدة على معالجة الحرارة المحددة ودرجة حرارة التخمير). استخدم هذه كإرشادات تصميم بدلاً من بيانات المورد المضمونة.

الخاصية	1.2343 (نموذجي)	1.2344 (نموذجي)
قوة الشد (ميغاباسكال)	900 – 1,200	1,000 – 1,300
قوة الخضوع (ميغاباسكال)	700 – 950	800 – 1,050
التمدد (%)	8 – 14	7 – 12
صلابة التأثير (جول، شاربى)	أعلى نسبيًا	متوسطة إلى عالية
الصلابة (HRC، معالجة بالتبريد والتخمير)	42 – 52	44 – 54

التفسير: - عادةً ما يحقق 1.2344 قوة شد وقوة خضوع أعلى وذروة صلابة بعد معالجة الحرارة المناسبة بسبب محتواه الأعلى من السبائك ووجود كربيدات أقوى. - عادةً ما يقدم 1.2343 متانة ومرونة أفضل قليلاً عند مستويات صلابة مكافئة، مما يجعله أقل عرضة للكسر الهش تحت التحميل الحراري الدوري أو الصدمات. - يختار المصممون 1.2344 للتطبيقات التي تتطلب صلابة حرارية أعلى ومقاومة للتآكل؛ بينما يختارون 1.2343 حيث تكون المتانة ومقاومة انتشار التشققات هي الأولوية.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على المعادل الكربوني والسبائك الدقيقة. لتقييم نوعي، يستخدم المهندسون مؤشرات مثل المعادل الكربوني IIW وPcm. الصيغ التمثيلية:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - كلا من 1.2343 و1.2344 لهما محتوى كربوني معتدل وسبائك كبيرة، مما يعطي معادلات كربونية معتدلة إلى مرتفعة. يتطلب ذلك تسخينًا مسبقًا محكمًا، والتحكم في درجة حرارة الطبقات، ومعالجة حرارية بعد اللحام (PWHT) لتجنب التشقق الناتج عن الهيدروجين ولإعادة تخمير المناطق المعالجة.

- عادةً ما يظهر 1.2344 قيم CE/PCM أعلى قليلاً بسبب محتوى الكروم/الموليبدينوم/الفاناديوم الأعلى؛ لذلك، فإنه أكثر تحديًا قليلاً في اللحام والإصلاح مقارنة بـ 1.2343. يعتبر التسخين المسبق والتبريد البطيء مهمين بشكل خاص لـ 1.2344 لتجنب التشقق.

- الممارسة الموصى بها: استخدم مواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين، تسخين مسبق كافٍ (يعتمد على المورد وإجراءات اللحام)، وقم بإجراء PWHT لاستعادة التخمير وتخفيف الضغوط المتبقية.

6. التآكل وحماية السطح

• لا يعتبر كل من 1.2343 و1.2344 فولاذات مقاومة للصدأ؛ حيث يفتقران إلى محتوى الكروم (>10.5–11%) المطلوب لمقاومة التآكل أثناء الخدمة. لذلك، تتطلب استراتيجيات حماية التآكل في البيئات التي يكون فيها الأكسدة أو الهجوم الكيميائي ذات صلة.
• حمايات نموذجية: الطلاء (التغطية الكهربائية، الكروم الصلب حيث يتوافق مع درجة الحرارة)، أنظمة الطلاء، الزيت/الشحم، أو الحواجز الفيزيائية؛ للتحكم في الأكسدة عند درجات حرارة عالية، يمكن اعتبار علاجات السطح مثل النترجة (حيثما ينطبق) أو الطلاءات الحرارية.
• PREN (رقم مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات ذات الكروم المنخفض لأنها ليست درجات مقاومة للصدأ؛ لذلك فإن صيغة PREN ليست ذات صلة:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

استخدم مثل هذه المؤشرات فقط للسبائك الفولاذية الأوستنيتية.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل: كلا الدرجتين تعملان بشكل مشابه في الحالة المعالجة؛ تنخفض قابلية التشغيل بشكل كبير بعد التصلب. يمكن أن يكون 1.2344، مع محتوى سبائك وامكانية صلابة أعلى قليلاً، أكثر خشونة على الأدوات وقد يتطلب أدوات كربيد أو إدخالات مطلية.
• قابلية التشكيل والانحناء: هذه ليست فولاذات تشكيل صفائح؛ يجب أن يتم توفير الفولاذ في حالة ناعمة/معالجة مناسبة لأي تشكيل بارد. بعد التصلب، لا يكون التشكيل ممكنًا.
• تشطيب السطح: كلاهما يقبل الطحن، EDM وعمليات التشطيب التقليدية. يعتبر EDM شائعًا للأشكال المعقدة؛ يجب الانتباه إلى التشقق ومدخل الحرارة المحلي.
• الإصلاح: عادةً ما يكون 1.2343 أسهل في الطحن وإصلاح اللحام مقارنة بـ 1.2344؛ ومع ذلك، يتطلب كلاهما تسخينًا مسبقًا وPWHT عند اللحام.

8. التطبيقات النموذجية

نوع التطبيق	1.2343 (الاستخدامات النموذجية)	1.2344 (الاستخدامات النموذجية)
قوالب التزوير الساخن	قوالب تزوير ساخن ذات واجب منخفض إلى متوسط حيث تكون المتانة أعلى قيمة	قوالب تزوير ثقيلة تتطلب صلابة حرارية أعلى ومقاومة للتآكل
أدوات صب القوالب	إدخالات تتعرض لدورات حرارية ولكن حيث تكون مقاومة التشقق مهمة	دبابيس أساسية، إدخالات قوالب مع تآكل حراري وخشن عالي
أدوات البثق	أدوات للبثق حيث تكون القوة الحرارية والمتانة معتدلة	قوالب البثق تعمل عند درجات حرارة/ضغوط أعلى
أدوات العمل الساخن (عامة)	أدوات الضغط، قوالب القص المعرضة للصدمات	دبابيس حرارية عالية، دبابيس طرد، قوالب تحتاج إلى مقاومة التخمير
أدوات قابلة للإصلاح	مفضلة حيث تكون قابلية اللحام والإصلاح في الميدان متكررة	تستخدم حيث تبرر أداء التآكل إجراءات إصلاح أكثر دقة

مبررات الاختيار: - اختر 1.2344 لدرجات حرارة الخدمة الأعلى، التطبيقات التي تتطلب تآكلًا خشنًا شديدًا، أو عندما يكون الحفاظ على الصلابة عند درجات حرارة تخمير مرتفعة أمرًا حاسمًا. - اختر 1.2343 عندما تكون التعب الحراري، مقاومة التشقق، وسهولة الإصلاح هي الأولويات الأعلى.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: 1.2344 (نوع H13) هو واحد من أكثر فولاذات العمل الساخن انتشارًا عالميًا؛ وغالبًا ما يتوفر بتكلفة مماثلة أو أعلى قليلاً من 1.2343 بسبب الطلب والمعالجة. يمكن أن يزيد محتوى السبائك الأعلى في 1.2344 من تكلفة المواد بشكل طفيف.
• التوافر: يتمتع 1.2344 بتوافر ممتاز في العديد من أشكال المنتجات (البار المستدير، اللوح، الكتل المعالجة مسبقًا، التزوير). كما يتوفر 1.2343 على نطاق واسع ولكن أحيانًا يكون أكثر شيوعًا في تطبيقات معينة أو سلاسل إمداد إقليمية.
• أشكال المنتجات: يتم بيع كلاهما في حالات معالجة ومعالجة مسبقة؛ تعتمد أوقات التسليم على الحجم، والتشطيب، ومخزون الموردين.

10. الملخص والتوصية

المعيار	1.2343	1.2344
قابلية اللحام (نوعية)	أفضل (إصلاحات أسهل)	أكثر تحديًا قليلاً
توازن القوة–المتانة	أكثر متانة، ومرونة أعلى قليلاً	قوة أعلى وصلابة حرارية
التكلفة (نموذجية)	تنافسية	مماثلة إلى أعلى قليلاً
التوافر	جيد	ممتاز، متوفر على نطاق واسع

اختر 1.2343 إذا: - كانت أدواتك معرضة لدورات حرارية متكررة أو صدمات وكانت مقاومة التشقق وسهولة الإصلاح في الميدان هي الأولويات. - كنت بحاجة إلى مزيج متوازن من المتانة وأداء العمل الساخن مع متطلبات لحام/إصلاح أبسط قليلاً. - كانت صلابة حرارية قصوى أقل قليلاً مقبولة مقابل تحسين مقاومة الكسر.

اختر 1.2344 إذا: - كانت التطبيق يتطلب قابلية تصلب أعلى، وصلابة حرارية مستدامة، ومقاومة تآكل متفوقة عند درجات حرارة تخمير مرتفعة. - كنت تصمم لتحمل ضغوط حرارية وخشنة عالية (قوالب تزوير ثقيلة، نوى صب قوالب متطلبة، بثق عند درجات حرارة عالية). - كنت تستطيع استيعاب إجراءات لحام أكثر صرامة، وتسخين مسبق، وPWHT للإصلاح والانضمام.

ملاحظة نهائية: كلا من 1.2343 و1.2344 هما فولاذات أدوات عمل ساخن مثبتة؛ يجب تأكيد الاختيار مع أوراق بيانات المورد، وجداول معالجة الحرارة المحددة، واختبار النماذج تحت ظروف الخدمة التمثيلية للتحقق من الصلابة، والمتانة، والعمر للاستخدام المقصود.